一種氣門座加工工藝的制作方法
【專利摘要】一種氣門座加工工藝，涉及氣門座【技術(shù)領(lǐng)域】。采用激光合金化表面改性方法，在氣門座主體的密封面形成層深可控的、與基材呈牢固冶金結(jié)合的原位合成顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層；所述復(fù)合涂層的硬度為36～46HRC。本發(fā)明利用Ni基合金粉未進(jìn)行側(cè)向送粉激光合金化制備原位合成顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層氣門座工作密封錐面的強(qiáng)化層厚度0.5～1.4mm。
【專利說(shuō)明】
—種氣門座加工工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣門座【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今車用發(fā)動(dòng)機(jī)(尤其是柴油機(jī))向高速?gòu)?qiáng)化、高可靠性、低能耗、低排放方向發(fā)展，并采用先進(jìn)增壓技術(shù)，電控高壓共軌燃油噴射技術(shù)。促使發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其零部件提出越來(lái)越苛刻的工況要求。作為發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中，氣門和氣門座組成一對(duì)重要密封摩擦付。氣門座工作條件十分苛刻，氣門座的工作溫度可達(dá)500°C?800°C。氣門座不僅承受到機(jī)械沖擊作用，還受到高溫燃燒氣體的沖刷、燃燒產(chǎn)物、空氣中灰塵的磨損。氣門座在交變的沖擊力作用下要保持一定的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，就必須具有較高的耐磨、耐腐蝕等性能。隨著車用發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步向高速、強(qiáng)化、低耗、低排放方向發(fā)展，其對(duì)氣門和氣門座的溫度適應(yīng)性能要求也越來(lái)越高。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外氣門座的研究和生產(chǎn)一直致力于兩個(gè)方向:(I)設(shè)計(jì)和改進(jìn)氣門座的材質(zhì)及采用適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以獲得氣門座本體最佳的機(jī)械性能；(2)開發(fā)氣門座的各種表面改性技術(shù)，以降低磨損為導(dǎo)向，研制或應(yīng)用新的涂層材料和涂層工藝，制造致密、耐熱、耐磨、抗氧化性能良好的氣門座涂層，以達(dá)到減小氣門(座)下沉量的目的。后者已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外氣門座技術(shù)進(jìn)步的主要研究方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提出一種能克服以上現(xiàn)有技術(shù)缺陷的氣門座加工工藝。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案是:采用激光合金化表面改性方法，在氣門座主體的密封面形成層深可控的、與基材呈牢固冶金結(jié)合的原位合成顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層；所述復(fù)合涂層的硬度為36?46HRC。
[0006]本發(fā)明利用Ni基合金粉未進(jìn)行側(cè)向送粉激光合金化制備原位合成顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層氣門座工作密封錐面的強(qiáng)化層厚度0.5?1.4mm。
[0007]本發(fā)明控制的激光的光斑直徑為3mm，激光輸出功率為1600W?1800W，送粉速率為6?9g/min，工件旋轉(zhuǎn)速度13?15° /s。工藝參數(shù)主要包括激光的光斑直徑、激光輸出功率、工件旋轉(zhuǎn)速度、送粉速率，不同工藝參數(shù)影響到合金化層稀釋率和鎳基合復(fù)涂層硬度，合理的工藝參數(shù)可在CrCuB低合金鑄鐵氣門座密封錐面制備出成形良好，無(wú)裂紋、氣孔缺陷的與基材呈冶金結(jié)合的顆粒增強(qiáng)鎳基合復(fù)涂層及不同要求硬度和涂層厚度的復(fù)合涂層。
[0008]另外，本發(fā)明還以送料器進(jìn)行側(cè)向同步送粉的方法解決了氣門座圈表面因不易涂粉帶來(lái)的粉未添加問(wèn)題，且送粉法具有較高的效率，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
[0009]所述Ni基合金粉末中各種元素質(zhì)量百分比分別為鎳60%?75%、鈦:2%?8%、鋯:2% ?6%，鎢:2% ?8%，稀土:4% ?6%，硼:2 ?6%、碳 10% ?20%。
[0010]在鎳基粉未中添加強(qiáng)碳化物形成元素(鈦、鋯、鎢)和稀士元素，本發(fā)明復(fù)合涂層利用高能密度激光束快速熔化和超高溫度梯度快速凝固、冷卻的特點(diǎn)，激光作用下可以形成由N1-稀土和少量強(qiáng)碳化物形成元素構(gòu)成的熔體，凝固過(guò)程中在氣門座工作密封表面生成微米級(jí)原位自生顆粒細(xì)小彌散分布于細(xì)小固溶體為主要結(jié)構(gòu)特征的鎳基復(fù)合涂層。金相分析和掃描電鏡檢驗(yàn)表明，鎳基復(fù)合涂層的顯微組織特點(diǎn)是分布密度達(dá)14個(gè)/mm2數(shù)量級(jí)的硬質(zhì)復(fù)合碳化物陶瓷顆粒均勻分布以亞共晶介穩(wěn)組織為主(存在部分共晶或過(guò)共晶介穩(wěn)組織)的基底上，絕大部分硬質(zhì)顆粒尺寸為Ium左右。
[0011]復(fù)合涂層中的高硬度增強(qiáng)顆粒與以過(guò)飽和固溶體為主的Ni基體組織中的細(xì)小晶間化合物形成摩擦副之間的支撐骨架，而鎳基組織中的韌性相則成為均勻彌散的儲(chǔ)油區(qū)。這種結(jié)構(gòu)特征復(fù)合涂層顯著降低摩擦系數(shù)、提高氣門座自身耐磨性的同時(shí)，具有優(yōu)良的耐熱、耐磨、耐蝕性、抗氧化性能以及高的高溫強(qiáng)度和較低的導(dǎo)熱系數(shù)、良好的隔熱性，不僅保證工作面長(zhǎng)時(shí)間保持優(yōu)良工作性能，還可顯著減緩氣門座本體合金鑄鐵高溫下長(zhǎng)時(shí)工作的氧化和變形。
[0012]本發(fā)明設(shè)計(jì)采用激光表面改性新技術(shù)直接在普通CrCuB低合金鑄鐵氣門座工作表面形成層深可控的、與基材呈牢固冶金結(jié)合的原位自生顆粒增強(qiáng)Ni基復(fù)合涂層，復(fù)合涂層具有優(yōu)良的耐熱、耐摩、抗氧化性能以及高的高溫強(qiáng)度和硬度；較低的導(dǎo)熱系數(shù)、良好的隔熱性，具備制造大功率發(fā)動(dòng)機(jī)氣門座所必須的特性。將日益廣泛的應(yīng)用于汽車，大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及天然氣、液化石油氣和甲醛燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0013]加工步驟:
1、由CrCuB低合金鑄造成氣門座毛坯。
[0014]2、對(duì)毛坯進(jìn)行端面磨削加工。
[0015]3、對(duì)毛坯進(jìn)行外圓面粗車。
[0016]4、對(duì)毛坯進(jìn)行內(nèi)圓面粗車。
[0017]5、在內(nèi)圓的上端處，即氣門座主體I上與氣門配合的工作密封面進(jìn)行錐面粗車加工。
[0018]6、利用送料器側(cè)向同步送粉，激光合金化制備原位合成顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層2:
具體過(guò)程:
配制Ni基合金粉末，使各種元素質(zhì)量百分比分別為鎳60%?75%、鈦:2%?8%、鋯:2% ?6%，鎢:2% ?8%，稀土:4% ?6%，硼:2 ?6%、碳 10% ?20%。
[0019]調(diào)整工件旋轉(zhuǎn)速度13?15° /s，采用激光合金化表面改性方法，調(diào)整激光器的照射方向指向氣門座主體的密封面，激光光斑直徑為3_，激光器窗口輸出激光功率1600W?1800W。
[0020]利用送料器側(cè)向同步送粉，送粉速率為6?9g/min。
[0021]經(jīng)處理后，在氣門座主體的密封面形成與基材呈牢固冶金結(jié)合的原位合成顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層，厚度為0.8?1.9mm。
[0022]7、對(duì)步驟6加工形成的半制品進(jìn)行精加工:對(duì)氣門座主體的密封面上的復(fù)合涂層進(jìn)行精加工，使加工成的鎳基復(fù)合涂層厚度為0.5?1.4mm。
[0023]8、產(chǎn)品檢驗(yàn):
經(jīng)檢測(cè)，制備原位合成的顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層硬度為36?46HRC。
[0024]9、檢驗(yàn)成品包裝。
【權(quán)利要求】
1.一種氣門座加工工藝，由CrCuB低合金鑄鐵制成的氣門座主體，其特征在于:采用激光合金化表面改性方法，在氣門座主體的密封面形成層深可控的、與基材呈牢固冶金結(jié)合的原位合成顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層；所述復(fù)合涂層的硬度為36?46HRC。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氣門座加工工藝，其特征在于:利用Ni基合金粉未進(jìn)行側(cè)向送粉激光合金化制備原位合成顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層，鎳基復(fù)合涂層厚度0.5?1.4mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種氣門座加工工藝，其特征在于:以送料器進(jìn)行側(cè)向同步送粉，送粉速率為6?9g/min，工件旋轉(zhuǎn)速度13?15° /s。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種氣門座加工工藝,其特征在于:激光的光斑直徑為3mm,激光輸出功率為1600W?1800W。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述一種氣門座加工工藝,其特征在于:所述Ni基合金粉末中各種元素質(zhì)量百分比分別為鎳60%?75%、鈦:2%?8%、鋯:2%?6%，鎢:2%?8%，稀土:4% ?6%，硼:2 ?6%、碳 10% ?20%。
【文檔編號(hào)】C23C24/10GK104294269SQ201410520384
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】馬明星, 陳文明, 劉文今, 孫康和, 張偉明, 鐵守榮, 謝錦田 申請(qǐng)人:儀征威龍發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司